Environ un tiers des personnes âgées vivant à domicile souffrent d'une chute chaque année. Les chutes les plus graves se produisent lorsque la personne est seule et incapable de se lever, ce qui entraîne un grand nombre de personnes âgées admis au service de gériatrique et un taux de mortalité malheureusement élevé. Le système PAL (Personally Assisted Living) apparaît comme une des solutions de ce problème. Ce système d’intelligence ambiante permet aux personnes âgées de vivre dans un environnement intelligent et pro-actif. Le travail de cette thèse s’inscrit dans le cadre de suivi des personnes âgées avec un maintien à domicile, la reconnaissance quotidienne des activités et le système automatique de détection des chutes à l'aide d'un ensemble de capteurs non intrusifs qui accorde l'intimité et le confort aux personnes âgées. En outre, une méthode de fusion tolérante aux fautes est proposée en utilisant un formalisme purement informationnel: filtre informationnel d’une part, et outils de la théorie de l’information d’autre part. Des résidus basés sur la divergence de Kullback-Leibler sont utilisés. Via un seuillage adéquat, ces résidus conduisent à la détection et à l’exclusion des défauts capteurs. Les algorithmes proposés ont été validés avec plusieurs scénarii différents contenant les différentes activités: marcher, s’asseoir, debout, se coucher et tomber. Les performances des méthodes développées ont montré une sensibilité supérieure à 94% pour la détection de chutes de personnes et plus de 92% pour la discrimination entre les différentes ADL (Activités de la vie quotidienne). / About one third of home-dwelling older people suffer a fall each year. The most painful falls occur when the person is alone and unable to get up, resulting in huge number of elders which are associated with institutionalization and high morbidity-mortality rate. The PAL (Personally Assisted Living) system appears to be one of the solutions of this problem. This ambient intelligence system allows elderly people to live in an intelligent and pro-active environment. This thesis describes the ongoing work of in-home elder tracking, activities daily living recognition, and automatic fall detection system using a set of non-intrusive sensors that grants privacy and comfort to the elders. In addition, a fault-tolerant fusion method is proposed using a purely informational formalism: information filter on the one hand, and information theory tools on the other hand. Residues based on the Kullback-Leibler divergence are used. Using an appropriate thresholding, these residues lead to the detection and the exclusion of sensors faults. The proposed algorithms were validated with many different scenarios containing the different activities: walking, sitting, standing, lying down, and falling. The performances of the developed methods showed a sensitivity of more than 94% for the fall detection of persons and more than 92% for the discrimination between the different ADLs (Activities of the daily life).

Les nouvelles technologies d’assistance offrent aux personnes âgées avec des troubles cognitifs comme la maladie d’Alzheimer la possibilité de prolonger leur autonomie. Cependant, leur utilisation dans la vie quotidienne par cette population reste faible. L’inadéquation entre les caractéristiques des technologies et les spécificités de cette population, ainsi que la course aux fonctionnalités rendent ces technologies toujours plus complexes à apprendre à utiliser. Une des pistes de solution est d’aider le concepteur à comprendre les spécificités de la population, afin de concevoir des technologies d’assistance facile à apprendre. Cette thèse vise à contribuer à l'apprentissage des nouvelles technologies en proposant un cadre de conception de technologies d’assistance faciles à apprendre pour des personnes âgées avec la maladie d’Alzheimer. Dans cette optique, un outil d'assistance a été développé : un calendrier interactif pour faciliter l'organisation quotidienne. Deux expérimentations ont été ensuite menées afin de déterminer les facilitateurs et les barrières qui pourraient influencer l’apprenabilité d’une technologie d’assistance pour des personnes âgées avec la maladie d’Alzheimer. La première expérimentation se décomposait en deux séances où sept personnes âgées et cinq personnes avec Alzheimer ont interagi avec le calendrier et ont exprimé sous forme de dessin et de questionnaire comment elles étaient familières avec l'usage de son homologue traditionnel, le calendrier mural. La deuxième expérimentation, réalisée au domicile de deux personnes âgées avec Alzheimer, a duré entre 5 et 6 mois selon les participants pendant lesquels le calendrier était appris puis laissé au domicile de la personne âgée pour qu'elle l'utilise à sa guise. Une modalité d’affichage de l’interface utilisateur dite multicouches a été utilisée chez un des participants afin de l’accompagner dans son apprentissage. Cette approche consiste à diviser l’interface utilisateur en plusieurs couches dont chacune contient un ensemble de fonctionnalités. Tandis que l’autre modalité est sans multicouches et donne accès à toutes les fonctionnalités de la technologie d’assistance durant l’apprentissage. Les résultats de ces expérimentations ont montré que cette population était capable d’apprendre à utiliser une technologie d’assistance. Cependant, il est nécessaire que le concepteur prenne en considération l’expérience antérieure, les capacités physiques, perceptuelles et cognitives résiduelles de cette population afin d’adapter les caractéristiques de l’interface utilisateur de la technologie d’assistance. Les contributions de ce travail de recherche s’articulent autour de la conception de technologies d’assistance pour les personnes âgées atteintes de la maladie d’Alzheimer. La première contribution porte sur l’identification des facilitateurs et des barrières jouant un rôle dans l’apprenabilité de ce type de produit technologique. La seconde contribution porte sur la conception et l’implémentation de l’approche par multicouches dans une technologie d’assistance pour des personnes âgées atteintes de la maladie d’Alzheimer. Et enfin la dernière contribution porte sur la proposition d’un cadre de conception pour améliorer l’apprenabilité des technologies d’assistance pour personnes âgées atteintes de la maladie d’Alzheimer.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / Il n’existe à ce jour aucun traitement permettant de guérir les millions de personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer (MA) à travers le monde. L’efficacité des traitements pharmacologiques proposés pour en traiter les symptômes étant très modeste, plusieurs interventions non pharmacologiques, dont les interventions ciblant la cognition, sont actuellement en développement. L’effet des interventions cognitives sur les symptômes comportementaux et psychologiques associés à la démence (SCPD) est cependant encore peu connu. Ce mémoire doctoral étudie l’impact d’une intervention de réadaptation cognitive sur douze SCPD. L’étude s’est déroulée sur une période de six mois auprès de quinze participants dans les stades léger à modéré de la MA. L’effet de cette intervention sur le fardeau et la détresse des proches est également observé. Le Chapitre I détaille l’état actuel des connaissances et situe cette étude dans son contexte scientifique. Le Chapitre II présente les résultats de l’étude randomisée contrôlée en chassé-croisé, principalement une augmentation significative des comportements moteurs aberrants chez les participants recevant l’intervention et une diminution significative des idées délirantes pour les deux groupes dans la seconde moitié de l’étude. Le Chapitre III étaye certaines hypothèses explicatives et propose des pistes de recherche futures. Enfin, un regard critique sur ce travail doctoral est posé.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Les données épidémiologiques indiquent que de plus en plus de personnes âgées développeront la maladie d'Alzheimer (MA) dans les années à venir, entraînant des coûts financiers et sociaux considérables. En l'absence d'un traitement capable de guérir cette affection, des scientifiques provenant de plusieurs domaines de recherche tentent de mettre au point des moyens pour en traiter les symptômes. La présente thèse s'inscrit dans cet effort en proposant une intervention dont le but est de réapprendre à des personnes atteintes de MA une activité instrumentale de la vie quotidienne (AIVQ) spécifiquement identifiée comme étant problématique par le patient et son proche. Les chapitres de la thèse présentent la démarche complète de la conception et l'évaluation de cette intervention. Après une introduction présentée au Chapitre I, le Chapitre II met de l'avant une synthèse critique visant à vérifier l'état de la littérature portant sur les interventions cognitives, et plus spécifiquement les écrits adressant la réadaptation cognitive et les techniques de l'apprentissage sans erreur (ASE) et du rappel espacé (RE). Le Chapitre III présente ensuite une étude de cas à niveaux de base multiples portant sur la faisabilité, la tolérabilité et l'efficacité préliminaire d'un programme de réadaptation cognitive basé sur les techniques d'ASE et de RE. Les résultats positifs obtenus chez les deux participants de cette étude de cas ont mené à l'élaboration d'un protocole randomisé contrôlé en chassé-croisé présenté dans le Chapitre IV. Dans cette deuxième étude, 20 participants ont été entraînés deux fois par semaine pendant quatre semaines avec les techniques de l'ASE et du RE. Une différence statistiquement significative a été observée entre le groupe ayant reçu l'intervention et le groupe en attente. Ces améliorations ont été maintenues jusqu'à trois mois après la fin du traitement. L'intervention n'a pas eu d'effet sur la réalisation de l’ensemble des activités de la vie quotidienne, le fonctionnement de la mémoire, le fonctionnement cognitif général, ainsi que le niveau de qualité de vie des patients. Enfin, le Chapitre V se veut une critique de l'ensemble de cette démarche doctorale et propose des pistes de recherche futures.

En France, en 2008, le nombre de personnes âgées de 60 ans et plus est d'environ 13,5 millions. Il est estimé à 22,3 millions pour 2050. La plupart des personnes âgées vivent à domicile (soit 96% des personnes âgées de 60 ans et plus en 1999) et certaines vivent seules à domicile (27% en 1999). Les personnes âgées vivant seules à domicile sont sujettes à des risques liés au vieillissement à long terme (mauvaise alimentation, hygiène insuffisante, perte d'autonomie...). Pour assurer un minimum de sécurité aux personnes âgées qui souhaitent vivre le plus longtemps possible à leur domicile, on peut installer des capteurs dans leur habitat pour en faire un Habitat Intelligent pour la Santé (HIS). Cette installation permet un suivi à distance de l'occupant. Notre but est de parvenir à une reconnaissance automatique des activités réalisées quotidiennement par la personne suivie, afin de détecter une éventuelle perte d'autonomie. Nous nous intéressons aux HIS qui ne sont équipés que de capteurs non invasifs, non intrusifs (capteurs infrarouges et/ou contacts magnétiques). Ce type d'HIS, simple et respectueux de l'intimité de la personne, fonctionne de façon passive, c'est-à-dire sans avoir besoin du concours de l'occupant. Le travail de la thèse propose une méthode de traitement de données provenant des capteurs infrarouges passifs installés dans un HIS, afin de reconnaître les activités de la vie quotidienne (ou AVQ) réalisées par la personne âgée dans une journée, et de suivre l'évolution de son état d'autonomie. Cette méthode a été implémentée en Matlab et appliquée à des données réelles provenant d'HIS occupés par des personnes âgées vivant seules.

Introduction : Il est estimé que 10 à 15% des individus âgés de plus de 60 ans sont atteints d'arthrose de degrés variés, ce qui engendre des coûts élevés pour nos systèmes de santé. En particulier, l'arthrose fémoro-tibiale interne entraîne une diminution de l'activité physique et une plus grande sédentarité de la population atteinte à cause de la douleur ressentie durant les activités de la vie de tous les jours, comme la marche. Il a été montré que les personnes souffrant d'arthrose fémoro-tibiale ont souvent recours à des stratégies motrices compensatoires pour palier à la douleur. Ces stratégies motrices agissent en latéralisant les forces de contact articulaire, diminuant les contraintes entre le condyle fémoral et le plateau tibial interne. C'est ainsi que le ré-entraînement de la marche, une intervention prospective élaborée en recherche, qui vise à altérer le patron de marche des individus dans le but de diminuer les contraintes entre le condyle et le plateau tibiale a vu le jour. Toutefois, la relation entre les forces de contact articulaire et les modifications de marche n'a, à notre connaissance, pas été quantifiée. De plus, l'impact des modifications de marche sur les articulations de la cheville et de la hanche n'ont que peu été décrit dans la littérature scientifique. C'est pourquoi l'objectif général de la thèse est de décrire l'impact individuel d'une modification de la marche dans le but d'optimiser son implémentation dans la pratique clinique. L'hypothèse générale associée est qu'une modification de marche à un impact sur la cinématique et la cinétique de chaque articulation du membre inférieur. De plus, l'impact de ces modifications est modulée par l'indice de masse corporel et l'alignement du membre inférieur de chaque individu. Méthode : La collecte des données cinématiques et cinétiques a été effectuée à l'aide d'un système de capture du mouvement Vicon (9 caméras, Vicon motion system, Oxford, UK, 100Hz) et d'un tapis roulant instrumenté avec deux plateformes de force (Bertec, Columbus, OH, USA, 1000Hz). Les individus ont altéré leur marche à l'aide d'une rétroaction visuelle projetée sur un écran placé devant eux (Chapitre 4, N = 23 participants sains ; Chapitre 6, N = 29 participants sains). Les données de 120 individus souffrant d'arthrose fémoro-tibiale, ont été collectées la semaine précédant une arthroplastie totale unilatérale du genou. L'alignement du membre inférieur préopératoire a été évalué à l'aide d'une radiographie complète du membre inférieur et à l'aide d'un système de capture du mouvement (12 caméras, VICON Peak, Oxford, UK, 100Hz) dans une position debout standardisée. Résultats : Une modification de marche, simple ou combinée, visant à diminuer le moment d'adduction au genou impact aussi la cinétique à la cheville et/ou la hanche de manière significative (Chapitre 4). Un système de capture du mouvement n'est pas fiable pour estimer l'alignement du membre inférieur chez des individus avec un indice de masse corporel supérieur à 30kg/m² (Chapitre 5). L'interaction entre l'alignement du membre inférieur et les altérations de marche contribuent significativement à la variance observée aux moments de force externes chez une partie des individus (Chapitre 6). Conclusions : Une modification de marche implique aussi des variations significatives des moments de force externes au niveau de la cheville et de la hanche, et qui sont de plus modulées par les caractéristiques anatomiques individuelles. Les résultats soutiennent donc une approche personnalisée des modifications de la marche. En effet, d'un point de vue clinique, l'imagerie fournit des mesures objectives et directes des caractéristiques anatomiques individuelles, qui peuvent être utilisées en conjonction avec une analyse de mouvement spécifique au patient, pouvant fournir ainsi des informations importantes sur la façon dont l'anatomie et la biomécanique interagissent et peuvent être mises à profit pour améliorer et optimiser l'efficacité du ré-entraînement de la marche. En ce qui concerne la recherche, il sera important d'identifier les mécanismes qui expliquent la grande variabilité inter-sujet observée lors de l'adoption d'un nouveau patron de marche. / Introduction : It is estimated that 10% to 15% of people over the age of 60 have osteoarthritis of varying degrees, which results in high costs to healthcare systems. In particular, femoro-tibial osteoarthritis leads to a decrease in physical activity and a greater sedentary lifestyle due to the pain experienced during activities of daily living, such as walking. It has been shown that people with femoro-tibial osteoarthritis often use compensatory motor strategies for pain relief. These compensatory motor strategies act by lateralizing the joint contact forces, reducing the constraints between the femoral condyle and the internal tibial plateau. Gait retraining, a prospective intervention developed in research, aims to alter the gait pattern of individuals in order to reduce the constraints between the condyle and the tibial plateau. However, the relationship between joint contact forces and gait alterations has not, to our knowledge, been quantified. In addition, the impact of gait alterations on the ankle and hip joints is not well documented. This is why the general objective of the thesis is to describe the individual impact of gait retraining in order to optimize its implementation in clinical practice. The associated general hypothesis is that a change in gait has an impact on the kinematics and kinetics of each joint of the lower limb. In addition, the impact of these alterations is modulated by the body mass index and lower limb alignment of each individual. Methods : Kinematic and kinetic data collection was carried out using a Vicon motion capture system (9 cameras, Vicon motion system, Oxford, UK, 100Hz) and an instrumented treadmill with two force platforms ( Bertec, Columbus, OH, USA, 1000Hz). Individuals altered their gait using visual feedback projected onto a screen placed in front of them (Chapter 4, N = 23 healthy participants ; Chapter 6, N = 29 healthy participants). Data from 120 individuals (Chapter 5) suffering from femoro-tibial osteoarthritis were collected the week preceding a unilateral total knee arthroplasty. Preoperative lower limb alignment was assessed using a total lower limb radiography and motion capture system (12 cameras, VICON Peak, Oxford, UK, 100Hz) in a standardized standing position. Results : A gait alteration, single or combined, aimed at reducing the knee adduction moment also significantly impacts ankle and/or hip kinetics (Chapter 4). A motion capture system is not reliable for lower limb alignment estimation in individuals with a body mass index greater than 30kg/m² (Chapter 5). The interaction between lower limb alignment and gait alterations significantly contributes to the variance observed in lower limb joints external moments in some individuals (Chapter 6). Conclusion : Impaired gait also involves significant variations in external moments at the ankle and hip, which are further modulated by individual anatomical characteristics. The results therefore support a personalized approach to gait retraining. Indeed, from a clinical point of view, imaging provides objective and direct measurements of individual anatomical features, which can be used in conjunction with patient-specific motion analysis, thus providing important information on how anatomy and biomechanics interact and can be used to improve and optimize the efficiency of gait retraining. As far as research is concerned, it will be important to identify the mechanisms that explain the great inter-subject variability observed during the adoption of a new gait pattern.

Les conséquences négatives de l'absence de stimulation chez les personnes atteintes de troubles neurocognitifs majeurs (TNCM) vivant dans différents milieux d'hébergement ainsi qu'à domicile ont été démontrées dans plusieurs études. Le manque de stimulation peut provoquer une perte significative de l'autonomie fonctionnelle et cognitive affectant ainsi la qualité de vie en générale. Des effets positifs à la suite de l'implantation de formation et de programme de stimulation dans les activités de la vie quotidienne (AVQ) ainsi que dans les activités de la vie domestique (AVD) ont été observés dans les études antérieures. Le but de ce projet de maîtrise consiste à explorer, par un devis quasi expérimental de conception avant-après à groupe unique, l'impact d'un coaching clinique auprès des intervenants sur la fréquence de la stimulation verbale et physique dans les AVD auprès des résidents hébergés atteints de TNCM. Au total 17 intervenants ont été recrutés à partir d'une méthode d'échantillonnage non probabiliste de convenance ainsi que 14 résidents du milieu de vie. Les résultats obtenus n'ont pas permis de démontrer un effet statistiquement significatif du coaching clinique sur la fréquence des stimulations des AVD (p = 0.1561). Cependant, une analyse de sensibilité a pu démontrer une tendance nette à la hausse du nombre de stimulations. En effet, la fréquence de stimulation est passée de 28 en prétest et à 69 en posttest. À partir de ces résultats encourageants, il est indéniable que la recherche doit se poursuivre afin d'identifier les stratégies gagnantes favorisant la stimulation des résidents par les intervenants des milieux d'hébergement. / The negative consequences of the absence of stimulation in people with major neurocognitive disorders (MND) living in different residential settings as well as at home have been demonstrated in several studies. The lack of stimulation can cause a significant loss of functional and cognitive autonomy, thus affecting the quality of life in general. Positive effects following the implementation of training and stimulation program in the activities of daily living (ADL) as well as in the activities of domestic life (IADLs), have been observed in previous studies. The purpose of this master's project consists in exploring, by means of a quasi-experimental estimate of a single-group before-after design, the impact of clinical coaching with workers on the frequency of verbal and physical stimulation in IADLs with housed residents with TNCM. A total of 17 workers were recruited using a non-probability convenience sampling method, as well as 14 residents of the living environment. The results obtained did not demonstrate a statistically significant effect of clinical coaching on the frequency of IADLS's stimulation. (p = 0.1561). However, a sensitivity analysis was able to demonstrate a clear upward trend in the number of stimulations. Indeed, the stimulation frequency went from 28 in the pretest and to 69 in the posttest. Based on these encouraging results, it is undeniable that research must continue in order to identify the winning strategies favoring the stimulation of the residents by the workers in the long term care facility settings.

Les progrès de la technologie des capteurs et leur disponibilité ont permis de mesurer diverses propriétés et activités des habitants dans une maison intelligente. Cependant, l’obtention de connaissances significatives à partir d’une grande quantité d’informations collectées à partir d’un réseau de capteurs n’est pas une tâche simple. En raison de la complexité du comportement des habitants, l’extraction d’informations significatives et la prédiction précise des valeurs représentant les activités futures d’un occupant sont des défis de recherche [6]. L’objectif principal de notre travail de thèse est d’assurer une analyse efficace des données recueillies à partir des capteurs d’occupation dans une maison intelligente. A ce propos, ce travail se base sur la reconnaissance et l’évaluation des activités quotidiennes d’une personne âgée dans le but d’observer, de prédire et de suivre l’évolution de son état de dépendance, de santé et de détecter par la même occasion, la présence d’une perte ou d’une perturbation de l’autonomie en temps réel. / Advances in sensor technology and their availability have measured various properties and activities of residents in a smart home. However, obtaining significant knowledge from a large amount of information collected from a sensor network is not a simple task. Due to the complexity of the behavior of the inhabitants, the extraction of meaningful information and the accurate prediction of values ​​representing the future activities of an occupant are research challenges. The main objective of our thesis work is to ensure an efficient analysis of data collected from occupancy sensors in a smart home. In this regard, this work is based on the recognition and evaluation of the daily activities of an elderly person in order to observe, predict and monitor the evolution of his state of dependence, health and to detect by the same occasion, the presence of a loss or a disruption of autonomy in real time.

En France, en 2008, le nombre de personnes âgées de 60 ans et plus est d'environ 13,5 millions. Il est estimé à 22,3 millions pour 2050. La plupart des personnes âgées vivent à domicile (soit 96% des personnes âgées de 60 ans et plus en 1999) et certaines vivent seules à domicile (27% en 1999). Les personnes âgées vivant seules à domicile sont sujettes à des risques liés au vieillissement à long terme (mauvaise alimentation, hygiène insuffisante, perte d'autonomie...). Pour assurer un minimum de sécurité aux personnes âgées qui souhaitent vivre le plus longtemps possible à leur domicile, on peut installer des capteurs dans leur habitat pour en faire un Habitat Intelligent pour la Santé (HIS). Cette installation permet un suivi à distance de l'occupant. Notre but est de parvenir à une reconnaissance automatique des activités réalisées quotidiennement par la personne suivie, afin de détecter une éventuelle perte d'autonomie.<br />Nous nous intéressons aux HIS qui ne sont équipés que de capteurs non invasifs, non intrusifs (capteurs infrarouges et/ou contacts magnétiques). Ce type d'HIS, simple et respectueux de l'intimité de la personne, fonctionne de façon passive, c'est-à-dire sans avoir besoin du concours de l'occupant. Le travail de la thèse propose une méthode de traitement de données provenant des capteurs infrarouges passifs installés dans un HIS, afin de reconnaître les activités de la vie quotidienne (ou AVQ) réalisées par la personne âgée dans une journée, et de suivre l'évolution de son état d'autonomie. Cette méthode a été implémentée en Matlab et appliquée à des données réelles provenant d'HIS occupés par des personnes âgées vivant seules.

Dans cette thèse, une approche combinant des données issues de capteurs hétérogènes pour la reconnaissance d'activités des personnes âgées à domicile est proposée. Cette approche consiste à combiner les données fournies par des capteurs vidéo avec des données fournies par des capteurs environnementaux pour suivre l'interaction des personnes avec l'environnement. La première contribution est un nouveau modèle de capteur capable de donner une représentation cohérente et efficace des informations fournies par différents types de capteurs physiques. Ce modèle inclue l'incertitude sur la mesure. La deuxième contribution est une approche, basée sur une fusion multicapteurs, pour la reconnaissance d'activités. Cette approche consiste à détecter la personne, suivre ses mouvements, reconnaître ses postures et ses activités d'intérêt, par une analyse multicapteurs et une reconnaissance d'activités humaines. Pour résoudre le problème de la présence de capteurs hétérogènes, nous avons choisi de réaliser la fusion à haut niveau (niveau événement) des différentes données issues des différents capteurs, en combinant les événements vidéo avec les événements environnementaux. La troisième contribution est l'extension d'un langage de description qui permet aux utilisateurs (ex. le corps médical) de décrire les activités d'intérêt dans des modèles formels. Les résultats de cette approche sont montrés pour la reconnaissance des AVQ pour de vraies personnes agées évoluant dans un appartement expérimental appelé GERHOME équipé de capteurs vidéo et de capteurs environnementaux. Les résultats obtenus de la reconnaissance des différentes AVQ sont encourageants.